CN212870271U - 塔式吸热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了塔式吸热器，包括上集箱、下集箱和设于上集箱、下集箱之间的吸热管组件，所述上集箱上端设有太阳光线二次反射装置，所述吸热管组件为多根吸热管围合成的吸热屏，所述吸热管组件与上集箱、下集箱连接处靠近上集箱、下集箱外周；所述太阳光线二次反射装置包括调姿装置和反射板组，所述调姿装置包括机架和反射板角度调节组件，所述反射板组包括沿上集箱周向呈伞状均布的反射板；所述反射板内沿与上集箱外周铰接，所述反射板角度调节组件输出端与反射板背部连接。本申请在吸热器顶部加装反射板，可将被下集箱遮挡的太阳光线重新利用，减少弃光率，提高太阳能利用率，把反光板放置下来，还可起到保温、防护的作用。

Description

塔式吸热器

技术领域

本实用新型涉及塔式太阳能吸热器设计技术领域，特别涉及塔式吸热器。

背景技术

近年来，随着能源需求的剧烈增长和环境问题的日益恶化，太阳能热发电得到了广泛应用。中国的太阳能资源十分丰富，中国陆地表面每年接受的太阳辐射相当于1.7万吨标准煤，十分适合发展太阳能热发电。

太阳能热发电主要包括塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式四种，其中塔式热发电系统聚光比可达300-1500，热电转换效率高且发电成本较低。塔式发电系统主要由定日镜场、吸热器、储热系统和发电系统组成，其中吸热器是光热转换的关键设备。按照结构，塔式吸热器可分为外置管式、腔体式和容积式；吸热与传热介质主要由水/蒸汽、熔盐和空气等。目前商业化应用最多的是外置管式塔式吸热器，具有结构简单、成本低和可接受360°范围内的太阳辐射等优点。

在实际应用过程中，吸热器上下布置集箱，用于放置高压空气罐、缓冲罐和保温材料，但下集箱会遮挡部分光线，导致吸热管下半段接收的太阳辐射减小，容易造成熔盐堵塞，严重影响吸热器正常运行。同时，太阳辐射经定日镜场发射后形成的光斑一般为圆形，导致吸热管受热不均，中间会出现局部过热现象，而四周温度较低，会引起较大的热应力，缩短吸热器使用寿命。为解决上述问题，亟需开发出一种可均化光照强度，使吸热管受热更均匀的吸热器。

实用新型内容

为克服现有技术所存在的不足，本申请提供了塔式吸热器，本申请的塔式吸热器制造技术难度较低，系统控制简单，安装成本较低；在吸热器顶部加装反射板，可将被下集箱遮挡的太阳光线重新利用，减少弃光率，提高太阳能利用率，改善太阳辐射光斑的均匀性，减小吸热器的热应力，延长使用寿命；还可照射到吸热器被遮挡的位置，防止传热介质堵塞；反射板具有两个工况，光线充足时，反射板倾斜设置起到反光作用，减少光能源的浪费，无太阳光辐射或者太阳光辐射较低的时候，可以把反光板放置下来，呈竖直悬挂状态，可以为吸热器顶部挡风，减少对流换热，并且起到保温以及物理防护的作用。

本申请的塔式吸热器，包括上集箱、下集箱和设于上集箱、下集箱之间的吸热管组件，所述上集箱上端设有太阳光线二次反射装置，所述吸热管组件为多根吸热管围合成的吸热屏，所述吸热管组件与上集箱、下集箱连接处靠近上集箱、下集箱外周；所述太阳光线二次反射装置包括调姿装置和反射板组，所述调姿装置包括机架和反射板角度调节组件，所述反射板组包括沿上集箱周向呈伞状均布的反射板；所述反射板内沿与上集箱外周铰接，所述反射板角度调节组件输出端与反射板背部连接。

与现有技术相比，本申请具有如下进步：

1)结构设计合理，便于加工装配，成本较低；

2)不同工况可实现不同功能，所述反射板具有两个工况：倾斜展开工况和竖直悬挂工况，其中倾斜展开工况可实现二次反射，将太阳光反射到所需位置，如被下集箱遮挡的吸热管下部；竖直悬挂工况可起到局部保温及物理防护作用；

3)减少了散射，提高了太阳光的利用率；

4)适用性强，适用于不同传热介质的吸热器，其传热介质可为但不限于熔盐、水、超临界 CO₂等。

作为优化，所述反射板内沿与上集箱外周铰接处可选用多档位可自锁铰链、阻尼铰链或弹簧铰链。

根据该优化方案，上述铰链可作用力均与驱动力方向相反，遭遇大风、大雨、冰雹等极端天气时可起到防止或减缓反射板晃动的作用，提高了整体安全性。

作为优化，所述调姿装置为多连杆驱动或绳驱或每片反射板具有独立的电机驱动。

根据该优化方案，多连杆驱动和绳驱都是可驱动反射板的可靠性高的驱动方式，采用一个电机可以驱动所有反射板俯仰，其优点在于驱动装置少，相比于绳驱，多连杆驱动结构刚度高，反射板定位准确，可靠性更高，且受高空大风影响更小，绳驱结构在大风影响下反射板会有摆动，但不影响静态位置，且结构相对简单，缺点在于反射板倾斜角度一致，无法依据光线的入射角调整每片反射板的倾角；而每片反射板具有独立的电机驱动则弥补了这一不足，可以根据光线入射角调整反射板倾角，反射板之间不会相互影响，但驱动装置更多。

作为优选，所述调姿装置为多连杆驱动，所述反射板角度调节组件包括套设于所述机架上的驱动滑块，与驱动滑块铰接的长连杆，分别与长连杆末端和反射板背部铰接的短连杆，分别与长连杆中部和上集箱外周铰接的支撑短杆。

根据该优化方案，通过驱动滑块上下移动可调节反射板相对水平面的夹角，调节范围大，固定驱动滑块位置即可固定反射板倾角，受外界气候影响因素小，稳定性高。

作为优选，所述调姿装置为绳驱，所述机架为空心结构，内部设有与上集箱上端面固联的卷筒，所述机架上端面中部设有分线孔，上端面沿周向分布分线滑道，对应的，上集箱上端外周设有驱动绳限位环，所述驱动绳一端缠绕于卷筒，输出端分为多个分支，每个分支依次穿过对应的分线孔、分线滑道和驱动绳限位环，末端与反射板背部固联。

根据该优化方案，所述绳驱方式结构简单，制造成本低，风较大时可能会出现反射板上翻或抖动的现象，但无风时会落回既定位置，所述反射板与上集箱连接处的铰链采用多档位可自锁铰链、阻尼铰链或弹簧铰链可减小反射板上翻、抖动的现象。

作为优化，所述反射板组包括沿上集箱外周均布的4-12面反射板。

根据该优化方案，所述反射板呈伞状分布，数目越多对，浪费的光能越少，但过多的反射板数目会增加调姿装置的复杂度，降低可靠性，因此反射板数目不能过多。

进一步，作为优化，所述反射板工作面具有增强反射涂层，所述工作面的背面布置保温层。

根据该优化方案，所述增强反射涂层可提高反射板的反射率，降低聚光溢出，提高截断效率，所述增强反射涂层可采用镀银涂层，技术成熟，成本低，不易脱落，且反射率高；所述保温层能减少散热，起到保温及物理防护的作用，可采用保温棉，重量轻，导热率低，柔软性好，耐高温、耐腐蚀。

进一步，作为优化，所述反射板上设有感光装置。

根据该优化方案，所述感光装置可选用太阳传感器和/或辐照度传感器等，所述太阳传感器可用于检测太阳位置，用于测定光线入射角度，反馈给控制系统进而调整反射板倾角；辐照度传感器可用于测定各角度的光线辐照强度，可与太阳传感器配合使用也可单独使用，用于反馈光线入射角和光照强度，以调整反射板倾角，切换反射板使用模式。

作为优化，所述吸热管组件上设有测温装置。

根据该优化方案，所述测温装置可用于测量所述吸热器表面的温度分布和温升，实时监测所述吸热管是否出现局部过热或凝固堵塞情况，并据此及时调整定日镜及所述反射板角度。

对于本申请的塔式吸热器，其运行方法包括以下步骤：

感光步骤，通过所述反射板上设有的感光装置将太阳光入射角和辐照强度反馈给控制系统；

调姿步骤，通过所述控制系统给出的光照信息调整所述反射板组与入射光夹角，将入射光反射至吸热管组件下部；

感温步骤，通过所述吸热管组件上的测温装置将吸热管各部位温度反射给控制系统；以及休眠步骤，无光线照射或光线照射强度低于一定阈值时，所述反射板组垂直底面并锁定。

与现有技术相比，本运行方法具有如下进步：

1)理念新颖，将入射光中的弃光(即无法照到吸热管的光)、自然光、漫反射光的光通过二次反射聚光到所需位置，实现了光源的充分利用，提高了截断效率；

2)具有更强的适应性和应变能力，可随光线入射角变化及吸热管不同位置光照需求调整姿态，随辐照强度变化调整运行模式；

3)实现了吸热器的物理防护，将所述反射板竖直放置，可减少多云、雨雪等天气情况下吸热器的散热损失。

附图说明

图1是本申请的塔式吸热器的结构示意图；

图2是实施例1中塔式吸热器工作状态的结构示意图；

图3是图2中塔式吸热器的剖视图；

图4是实施例1中塔式吸热器保温状态的结构示意图；

图5是图4中塔式吸热器保温状态的剖视图；

图6是实施例2中塔式吸热器工作状态的结构示意图；

图7是图6中塔式吸热器的剖视图；

图8是实施例2中塔式吸热器保温状态的结构示意图；

图9是图8中塔式吸热器保温状态的剖视图。

附图标记说明：

1-上集箱；2-吸热管组件，21-吸热管；3-下集箱；4-太阳光线二次反射装置，41-调姿装置、411-机架、4111-分线孔、412-反射板角度调节组件、4121-驱动滑块、4122-长连杆、4123-支撑短杆、4124-短连杆、4125-卷筒、4126-分线滑道、4127-驱动绳、4128-驱动绳限位环，42-反射板组、421-反射板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式(实施例)对本实用新型专利申请作进一步的说明，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型专利申请，但并不作为对本实用新型专利申请限制的依据。

参见图1-5，本申请提供了一种塔式吸热器，包括上集箱1、下集箱3和设于上集箱1、下集箱3之间的吸热管组件2，所述上集箱上端设有太阳光线二次反射装置4，所述吸热管组件2为多根吸热管21围合成的吸热屏，所述吸热管组件2与上集箱1、下集箱3连接处靠近上集箱1、下集箱3外周；所述太阳光线二次反射装置4包括调姿装置41和反射板组42，所述调姿装置41包括机架411和反射板角度调节组件412，所述反射板组42包括沿上集箱1周向呈伞状均布的反射板421；所述反射板421内沿与上集箱1外周铰接，所述反射板角度调节组件412输出端与反射板421背部连接。

所述塔式吸热器的运行方法，包括以下步骤：

感光步骤，通过所述反射板421上设有的感光装置将太阳光入射角和辐照强度反馈给控制系统；

调姿步骤，通过所述控制系统给出的光照信息调整所述反射板组42与入射光夹角，将入射光反射至吸热管组件2下部；

感温步骤，通过所述吸热管组件2上的测温装置将吸热管21各部位温度反射给控制系统；休眠步骤，无光线照射或光线照射强度低于一定阈值时，所述反射板组42垂直底面并锁定。

实际工作过程中，吸热管2外侧圆柱面为受光面，吸热管2外壁吸收太阳能，将太阳能转化为热能，并传递给吸热管2内的传热介质。上集箱1和下集箱3分别包含进出口缓冲罐、高压空气罐和保温层等，一般上下集箱3外周的直径会大于吸热管组件2的直径，因此下集箱3会遮挡部分太阳光线，导致吸热管21下半段温度较低，若传热介质为熔盐，则容易凝固，堵塞吸热管21，若传热介质为水或超临界二氧化碳，则会导致传热介质输出热量不稳定。

感光装置和红外测温装置，可以实时监测外界光线的变化和吸热管21表面温度分布情况，根据温度分布，将太阳辐射聚焦到温度较低的位置，改善能流密度分布的均匀性，防止局部过热现象，减小吸热管21的热应力，延长使用寿命。

以熔盐作为传热介质为例，在吸热器上集箱1外周加装反射板421，并通过调姿装置41实现反射板421倾角调整，当太阳光线被下集箱3遮挡时，可自动调整反射板421和入射光线的夹角，将入射光二次反射到吸热管21下半部分，防止熔盐凝固；当熔盐凝固形成堵塞点时，可通过调节反射板421角度加热堵塞点，快速高效地疏通吸热管2，保证吸热器安全稳定运行。

同时，加装反射板4后，可以在距离吸热塔更近的地方布置定日镜，通过反射板4的二次反射将太阳光聚焦到吸热器表面，提高了土地利用效率，减少弃光率，降低发电成本。

所述塔式吸热器运行时具有两个工况，即倾斜展开工况和竖直悬挂工况(对应反射板421倾斜设置和竖直悬挂设置)，不同工况可实现不同功能，其中倾斜展开工况可实现将入射光中的弃光(即无法照到吸热管的光)、自然光、漫反射光的光通过反射板421二次反射并聚光到所需位置(如被下集箱3遮挡的吸热管21下部)，实现了光源的充分利用，提高了截断效率；竖直悬挂工况可起到吸热管21上部局部保温及物理防护的作用。

所述太阳光线二次反射装置4具有更强的适应性和应变能力，可随光线入射角变化及吸热管不同位置光照需求调整姿态，随辐照强度变化调整运行模式，当太阳辐射较强的时候，吸热管21中部可能会局部过热，此时改变反射板421倾角可将多余的太阳辐射聚焦到能流密度较低的位置，减小吸热管21热应力，延长使用寿命，还可通过调整反射板421倾角改善太阳辐射光斑的均匀性，减少因吸热管21表面受光不均引起的热应力不均，影响吸热管21使用寿命和管内介质温差；在夜晚或者阴雨天气等无太阳光辐射或者太阳光辐射较低的时候，可以把反射板421放下来，程竖直悬挂状态，可以为吸热器顶部挡风，减少对流换热，并且起到保温及物理防护的作用，所述太阳光线二次反射装置4适用于不同传热介质的塔式吸热器，其传热介质可为但不限于熔盐、水、超临界二氧化碳等。

实施例1

参见图1-5，本实施例的塔式吸热器，包括上集箱1、下集箱3和设于上集箱1、下集箱3 之间的吸热管组件2，所述上集箱上端设有太阳光线二次反射装置4，所述吸热管组件2为多根吸热管21围合成的吸热屏，所述吸热管组件2与上集箱1、下集箱3连接处靠近上集箱1、下集箱3外周；所述太阳光线二次反射装置4包括调姿装置41和反射板组42，所述调姿装置41包括机架411和反射板角度调节组件412，所述反射板组42包括沿上集箱1周向呈伞状均布的反射板421；所述反射板421内沿与上集箱1外周铰接，所述反射板角度调节组件412输出端与反射板421背部连接。

所述反射板421内沿与上集箱1外周铰接处为阻尼铰链。

所述调姿装置41为多连杆驱动，所述反射板角度调节组件412包括套设于所述机架411上的驱动滑块4121，与驱动滑块4121铰接的长连杆4122，分别与长连杆4122末端和反射板421背部铰接的短连杆4124，分别与长连杆4122中部和上集箱1外周铰接的支撑短杆4123。

所述调姿驱动装置411为线性模组或滚珠丝杠。

所述反射板组42包括沿上集箱外周均布的8面反射板421。

所述反射板421工作面具有增强反射涂层，所述增强反射涂层为镀银涂层。

所述反射板421外侧布置保温层，所述保温层为保温棉。

所述反射板421上设有感光装置，所述感光装置为太阳传感器。

所述吸热管组件2上设有测温装置，所述测温装置为红外温度传感器。

所述反射板角度调节组件412为多连杆-滑块结构，所述通过调姿驱动装置411调整驱动滑块4121位置，进而调整反射板421倾角，其中所述驱动滑块4121最低位置对应反射板421倾角最大位置，所述驱动滑块4121最高位置对应反射板421竖直放置位置。

运行时，控制系统收到所述感光装置接收到的入射光信息和测温装置接收到的吸热管21温度分布信息，经控制系统分析综合后，选择应用模式，若光照强度高于一定阈值，调整所述反射板组42与入射光夹角，将入射光反射至吸热管组件2下部或其他所需位置，若光照强度低于一定阈值，则启动休眠工况，所述反射板组42垂直底面并锁定。

本实施例的优势在于：阻尼铰链在遭遇大风、大雨、冰雹等极端天气时可起到防止或减缓反射板421晃动的作用，提高了整体安全性；多连杆驱动结构刚度高，反射板421定位准确，通过驱动滑块4121上下移动可调节反射板421相对水平面的夹角，调节范围大，固定驱动滑块4121位置即可固定反射板421倾角，受外界气候影响因素小，稳定性、可靠性高；所述太阳传感器可用于检测太阳位置，用于测定光线入射角度，反馈给控制系统进而调整反射板421倾角；所述测温装置可用于测量所述吸热管21表面的温度分布和温升，实时监测所述吸热管21是否出现局部过热或凝固堵塞情况，并据此及时调整定日镜及所述反射板421角度；所述增强反射涂层可提高反射板的反射率，可采用镀银涂层，技术成熟，成本低，不易脱落，且反射率高；所述保温层能减少散热，起到保温及物理防护的作用，可采用保温棉，重量轻，导热率低，柔软性好，耐高温、耐腐蚀。

实施例2

与所述实施例1不同之处在于：参见图6-9，所述调姿装置41为绳驱，所述机架411为空心结构，内部设有与上集箱1上端面固联的卷筒4125，所述机架411上端面中部设有分线孔4111，上端面沿周向分布分线滑道4126，对应的，上集箱1上端外周设有驱动绳限位环4128，所述驱动绳4127一端缠绕于卷筒4125，输出端分为多个分支，每个分支依次穿过对应的分线孔4111、分线滑道4126和驱动绳限位环4128，末端与反射板421背部固联。

所述反射板421内沿与上集箱1外周铰接处为多档位可自锁铰链。

所述反射板组42包括沿上集箱外周均布的4面反射板421。

所述反射板421上的感光装置为辐照度传感器。

本实施例的优势在于：所述绳驱方式结构简单，制造成本低，风较大时可能会出现反射板421上翻或抖动的现象，但无风时会落回既定位置，所述反射板421与上集箱1连接处的铰链采用多档位可自锁铰链可减小反射板421上翻、抖动的现象；所述反射板421面数较少，结构易实现，所述感光装置选择辐照度传感器，可用于测定各角度的光线辐照强度，可与太阳传感器配合使用也可单独使用，用于反馈光线入射角和光照强度，以调整反射板421倾角，切换反射板421使用模式。

实施例3

与所述实施例2不同之处在于：所述反射板421内沿与上集箱1外周铰接处为弹簧铰链。

本实施例的优势在于：相较于多档位可自锁铰链，所述反射板421倾角不受档位限制，可实现反射板421倾角的无极调节。

实施例4

与所述实施例1、2、3不同之处在于：所述调姿装置41每片反射板421具有独立的电机驱动。

所述反射板组42包括沿上集箱外周均布的12面反射板421。

本实施例的优势在于：相较于多连杆驱动和绳驱采用一个电机可以驱动所有反射板 421俯仰，每片反射板421具有独立的电机驱动，驱动装置更多，但结构并不复杂，且可实现依据光线的入射角调整每片反射板421的倾角，每片反射板421均能把光线反射到最需要的位置。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (9)

1.塔式吸热器，其特征在于：包括上集箱(1)、下集箱(3)和设于上集箱(1)、下集箱(3)之间的吸热管组件(2)，所述上集箱上端设有太阳光线二次反射装置(4)，所述吸热管组件(2)为多根吸热管(21)围合成的吸热屏，所述吸热管组件(2)与上集箱(1)、下集箱(3)连接处靠近上集箱(1)、下集箱(3)外周；所述太阳光线二次反射装置(4)包括调姿装置(41)和反射板组(42)，所述调姿装置(41)包括机架(411)和反射板角度调节组件(412)，所述反射板组(42)包括沿上集箱(1)周向呈伞状均布的反射板(421)；所述反射板(421)内沿与上集箱(1)外周铰接，所述反射板角度调节组件(412)输出端与反射板(421)背部连接。

2.根据权利要求1所述的塔式吸热器，其特征在于：所述反射板(421)内沿与上集箱(1)外周铰接处可选用多档位可自锁铰链、阻尼铰链或弹簧铰链。

3.根据权利要求1所述的塔式吸热器，其特征在于：所述调姿装置(41)为多连杆驱动或绳驱或每片反射板(421)具有独立的电机驱动。

4.根据权利要求3所述的塔式吸热器，其特征在于：所述调姿装置(41)为多连杆驱动，所述反射板角度调节组件(412)包括套设于所述机架(411)上的驱动滑块(4121)，与驱动滑块(4121)铰接的长连杆(4122)，分别与长连杆(4122)末端和反射板(421)背部铰接的短连杆(4124)，分别与长连杆(4122)中部和上集箱(1)外周铰接的支撑短杆(4123)。

5.根据权利要求3所述的塔式吸热器，其特征在于：所述调姿装置(41)为绳驱，所述机架(411)为空心结构，内部设有与上集箱(1)上端面固联的卷筒(4125)，所述机架(411)上端面中部设有分线孔(4111)，上端面沿周向分布分线滑道(4126)，对应的，上集箱(1)上端外周设有驱动绳限位环(4128)，所述驱动绳(4127)一端缠绕于卷筒(4125)，输出端分为多个分支，每个分支依次穿过对应的分线孔(4111)、分线滑道(4126)和驱动绳限位环(4128)，末端与反射板(421)背部固联。

6.根据权利要求1所述的塔式吸热器，其特征在于：所述反射板组(42)包括沿上集箱外周均布的4-12面反射板(421)。

7.根据权利要求6所述的塔式吸热器，其特征在于：所述反射板(421)工作面具有增强反射涂层，所述工作面的背面布置保温层。

8.根据权利要求7所述的塔式吸热器，其特征在于：所述反射板(421)上设有感光装置。

9.根据权利要求1所述的塔式吸热器，其特征在于：所述吸热管组件(2)上设有测温装置。

Images